钡掺杂氧化锆载体钌催化剂图解
继铁催化剂之后的第二代 Ru基催化剂在温和条件下就具有较高的氨合成活性, 因此成为氨合成催化剂研究的一个重要方向. 其中, 石墨化活性炭材料负载钌氨合成催化剂早在上世纪90年代就已经实现工业化. 然而, 该催化剂存在明显的甲烷化反应, 因此以高稳定性金属氧化物负载钌制备出一种高活性的钌基氨合成催化剂成为该领域的一个研究热点. 目前, 研究较多的氧化物主要有MgO, Al2O3、稀土氧化物及其复合氧化物. ZrO2是一种颇具特色的多功能纳米材料, 是唯一同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物, 其内部和表面容易产生氧空位, 能与活性组分产生较强的相互作用, 具有良好的结构稳定性, 但酸性位的存在限制了它在氨合成和氨分解催化反应中的应用.
随着纳米材料制备技术的发展, 功能化纳米ZrO2材料开始大量应用于催化反应，福州大学化肥催化剂国家工程研究中心林建新等人采用柠檬酸络合法制备了一系列不同含量Ba掺杂的ZrO2, 再用浸渍法制备了K-Ru/Ba-ZrO2 催化剂并将其用于氨合成反应. 采用X射线衍射和CO2 程序升温脱附技术考察了Ba含量对催化剂结构与性能的影响.结果表明, Ba掺入 ZrO2后形成的 BaZrO3有助于其负载的Ru催化剂氨合成活性的显著提高. 在5.0 MPa, 10000 h-1, 425 ℃时, Ru/Ba-ZrO2(Ba:Zr 摩尔比为1:1)催化剂活性最高, 出口氨浓度和反应速率分别达9.24%和29.77 mmol/(g•h). 这主要归因于载体的强电子传导性能和碱性提高。